從火箭穿越大氣層,到手機從暖氣房沖進雪地;
從汽車引擎熄火后遭遇寒潮,到工業設備在高溫車間與冷庫間轉運……
現實世界中,溫度并非緩慢變化,而是常常劇烈突變。
而這種極端溫變速率帶來的熱應力,遠比穩態高低溫更致命。
溫度沖擊測試(Thermal Shock Test),正是模擬這種“冰火兩重天”瞬間切換的嚴苛環境,驗證產品能否在熱脹冷縮的撕裂力下依然可靠。
今天,就帶你深入這項高加速可靠性測試的核心邏輯——它不是“冷熱循環”,而是對材料與結構的極限拷問。
一、溫度沖擊 ≠ 高低溫循環:速率決定一切
很多人混淆溫度沖擊(Thermal Shock)和溫度循環(Thermal Cycling),但兩者本質不同:
| 維度 | 溫度沖擊測試 | 高低溫循環測試 |
|---|---|---|
| 溫變速率 | 極快(>10℃/秒,甚至瞬時) | 較慢(0.5–10℃/分鐘) |
| 轉換方式 | 樣品在兩個獨立溫區間快速轉移 | 在單 chamber 內緩慢升降溫 |
| 主要應力 | 瞬時熱應力(材料內外溫差大) | 累積熱疲勞(反復膨脹收縮) |
| 典型標準 | MIL-STD-810H Method 503.6 IEC 60068-2-14(TST) | IEC 60068-2-14(TC) |
? 關鍵區別:
溫度沖擊:考驗“能不能扛住突然的冷熱打擊”;
溫度循環:考驗“能不能經受長期冷熱交替”。
二、溫度沖擊如何“撕裂”產品?
當產品在幾秒內從+125℃投入-55℃環境,不同材料因熱導率、熱膨脹系數(CTE)差異,會產生巨大內應力:
?? 典型失效模式:
| 失效類型 | 根本原因 | 案例 |
|---|---|---|
| 焊點開裂 | PCB(CTE≈17ppm/℃)與芯片(CTE≈6ppm/℃)膨脹不一致 | BGA封裝器件在3次沖擊后功能失效 |
| 陶瓷電容破裂 | 陶瓷脆性大 + 快速收縮 | MLCC在-55℃沖擊下內部微裂 |
| 光學鏡頭脫膠 | 膠粘劑與玻璃/金屬CTE失配 | 激光雷達鏡頭偏移,測距不準 |
| 密封圈失效 | 硅膠在低溫下硬化,高溫下軟化,反復沖擊導致永久變形 | 戶外燈具IP67失效,進水短路 |
| 塑料外殼龜裂 | 表面急速冷卻收縮,內部仍熱 → 拉應力超限 | 無人機電機殼體出現放射狀裂紋 |
三、溫度沖擊測試怎么做?三大主流方法
?? 1. 兩箱法
高溫箱(如+150℃) + 低溫箱(如-65℃);
通過提籃或機械臂在10秒內完成轉移;
最常用,模擬真實快速環境切換。
?? 2. 三箱法
增加一個常溫過渡區,減少樣品熱沖擊過載;
適用于特別脆弱的樣品(如含液體、大尺寸組件)。
?? 3. 液體沖擊法
使用硅油/乙醇作為傳熱介質,溫變速率更快(可達100℃/秒);
多用于元器件級測試(如MIL-STD-202 Method 107)。
?? 典型參數(MIL-STD-810H):
高溫:+85℃ / +125℃
低溫:-55℃ / -65℃
保溫時間:10–30分鐘/段
轉換時間:<10秒
循環次數:5–20次(高加速篩選)或100+次(可靠性驗證)
四、哪些產品必須做溫度沖擊測試?
| 應用領域 | 原因 | 典型要求 |
|---|---|---|
| 航空航天 | 火箭進出大氣層、衛星日照/陰影切換 | -65℃ ? +125℃,15次以上 |
| 汽車電子 | 引擎艙高溫 vs 冬季寒夜 | -40℃ ? +125℃,AEC-Q100 Grade 0/1 |
| 軍工裝備 | 快速空投、極地部署 | MIL-STD-810H Method 503 |
| 戶外光通信 | 白天暴曬 vs 夜間輻射冷卻 | -40℃ ? +85℃,帶電運行 |
| 新能源電池包 | 快充發熱 vs 寒冷環境 | UN 38.3 + 溫度沖擊組合 |
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